Kakšna je specifična toplotna kapaciteta snovi. Količina toplote

Fizika in toplotni pojavi so precej obsežen del, ki se temeljito preučuje v šolskem tečaju. Ne zadnje mesto v tej teoriji je namenjeno določenim količinam. Prva od teh je specifična toplotna kapaciteta.

Vendar se razlagi besede »specifičen« običajno posveča premalo pozornosti. Dijaki si ga preprosto zapomnijo kot danost. Kaj to pomeni?

Če pogledate v slovar Ozhegova, lahko preberete, da je taka količina opredeljena kot razmerje. Poleg tega se lahko izvede glede na maso, prostornino ali energijo. Vse te količine je treba vzeti enake ena. S čim je povezana specifična toplotna kapaciteta?

Na produkt mase in temperature. Poleg tega morajo biti njihove vrednosti enake ena. To pomeni, da bo delitelj vseboval številko 1, njegova dimenzija pa bo združevala kilogram in stopinjo Celzija. To je treba upoštevati pri oblikovanju definicije specifične toplotne kapacitete, ki je podana malo spodaj. Obstaja tudi formula, iz katere je razvidno, da sta ti dve količini v imenovalcu.

kaj je

Specifična toplotna kapaciteta snovi se uvede v trenutku, ko se obravnava situacija z njenim segrevanjem. Brez tega je nemogoče vedeti, koliko toplote (ali energije) bo potrebno za ta proces. In tudi izračunajte njegovo vrednost, ko se telo ohladi. Mimogrede, ti dve količini toplote sta enaki drug drugemu v modulu. Vendar imajo različne znake. Torej, v prvem primeru je pozitivno, ker je treba energijo porabiti in jo prenašati v telo. Druga situacija ohlajanja daje negativno število, ker se sprosti toplota in se notranja energija telesa zmanjša.

To fizikalno količino označujemo z latinsko črko c. Opredeljena je kot določena količina toplote, ki je potrebna za segrevanje enega kilograma snovi za eno stopinjo. Pri šolskem tečaju fizike je ta stopnja tista, ki se meri na Celzijevi lestvici.

Kako to prešteti?

Če želite vedeti, kakšna je specifična toplotna kapaciteta, je formula videti takole:

c = Q / (m * (t 2 - t 1)), kjer je Q količina toplote, m je masa snovi, t 2 je temperatura, ki jo telo pridobi zaradi izmenjave toplote, t 1 je začetna temperatura snovi. To je formula številka 1.

Na podlagi te formule se izkaže, da je merska enota te količine v mednarodnem sistemu enot (SI) J/(kg*ºС).

Kako najti druge količine iz te enakosti?

Prvič, količina toplote. Formula bo videti tako: Q = c * m * (t 2 - t 1). Potrebno je samo zamenjati vrednosti v enotah SI. To je masa v kilogramih, temperatura v stopinjah Celzija. To je formula številka 2.

Drugič, masa snovi, ki se ohladi ali segreje. Formula za to bo: m = Q / (c * (t 2 - t 1)). To je formula številka 3.

Tretjič, sprememba temperature Δt = t 2 - t 1 = (Q / c * m). Znak »Δ« se bere kot »delta« in označuje spremembo količine, v tem primeru temperature. Formula št. 4.

Četrtič, začetna in končna temperatura snovi. Formule, ki veljajo za segrevanje snovi, izgledajo takole: t 1 = t 2 - (Q / c * m), t 2 = t 1 + (Q / c * m). Ti formuli sta št. 5 in 6. Če je problem ohlajanje snovi, potem sta formuli: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m) . Ti formuli sta št. 7 in 8.

Kakšne pomene ima lahko?

Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, kakšne vrednosti ima za vsako specifično snov. Zato je bila izdelana posebna tabela specifične toplotne moči. Najpogosteje vsebuje podatke, ki so veljavni v normalnih pogojih.

Kakšno je laboratorijsko delo pri merjenju specifične toplotne kapacitete?

V šolskem tečaju fizike je definirana za trdno telo. Poleg tega je njegova toplotna zmogljivost izračunana v primerjavi z znano. Najlažje to storite z vodo.

Med delom je potrebno meriti začetne temperature vode in segrete trdne snovi. Nato ga spustimo v tekočino in počakamo na toplotno ravnovesje. Celoten poskus poteka v kalorimetru, zato lahko izgube energije zanemarimo.

Nato morate zapisati formulo za količino toplote, ki jo voda prejme pri segrevanju iz trdne snovi. Drugi izraz opisuje energijo, ki jo telo oddaja pri ohlajanju. Ti dve vrednosti sta enaki. Z matematičnimi izračuni je treba še določiti specifično toplotno kapaciteto snovi, ki sestavlja trdno snov.

Najpogosteje se predlaga primerjava z vrednostmi tabele, da bi poskušali uganiti, iz katere snovi je sestavljeno preučevano telo.

Naloga št. 1

Pogoj. Temperatura kovine se giblje od 20 do 24 stopinj Celzija. Ob tem se ji je notranja energija povečala za 152 J. Kolikšna je specifična toplota kovine, če je njena masa 100 gramov?

rešitev.Če želite najti odgovor, boste morali uporabiti formulo, zapisano pod številko 1. Vse količine, potrebne za izračune, so tam. Samo najprej morate maso pretvoriti v kilograme, sicer bo odgovor napačen. Ker morajo biti vse količine tiste, ki so sprejete v SI.

V enem kilogramu je 1000 gramov. To pomeni, da je treba 100 gramov deliti s 1000, dobite 0,1 kilograma.

Zamenjava vseh količin daje naslednji izraz: c = 152 / (0,1 * (24 - 20)). Izračuni niso posebno težki. Rezultat vseh dejanj je številka 380.

odgovor: s = 380 J/(kg * ºС).

Problem št. 2

Pogoj. Določite končno temperaturo, na katero se bo ohladila voda s prostornino 5 litrov, če je bila vzeta pri 100 ºС in je v okolje sprostila 1680 kJ toplote.

rešitev. Vredno je začeti z dejstvom, da se energija daje v nesistemski enoti. Kilojoule je treba pretvoriti v joule: 1680 kJ = 1680000 J.

Če želite najti odgovor, morate uporabiti formulo številka 8. Vendar se v njej pojavlja masa, v problemu pa ni znana. Toda prostornina tekočine je podana. To pomeni, da lahko uporabimo formulo, znano kot m = ρ * V. Gostota vode je 1000 kg/m3. Toda tukaj bo treba prostornino nadomestiti v kubičnih metrih. Če jih želite pretvoriti iz litrov, jih morate deliti s 1000. Tako je prostornina vode 0,005 m 3.

Če nadomestimo vrednosti v masno formulo, dobimo naslednji izraz: 1000 * 0,005 = 5 kg. V tabeli boste morali poiskati specifično toplotno kapaciteto. Zdaj lahko preidete na formulo 8: t 2 = 100 + (1680000 / 4200 * 5).

Prvo dejanje je množenje: 4200 * 5. Rezultat je 21000. Drugo je deljenje. 1680000: 21000 = 80. Zadnji je odštevanje: 100 - 80 = 20.

Odgovori. t 2 = 20 ºС.

Problem št. 3

Pogoj. V čašo z maso 100 g nalijemo 50 g vode. Začetna temperatura vode s kozarcem je 0 stopinj Celzija. Koliko toplote je potrebno, da voda zavre?

rešitev. Dober kraj za začetek je uvedba ustrezne notacije. Naj imajo podatki, povezani s steklom, indeks 1, za vodo pa indeks 2. V tabeli morate poiskati specifične toplotne kapacitete. Čaša je izdelana iz laboratorijskega stekla, zato je njena vrednost c 1 = 840 J/ (kg * ºC). Podatek za vodo je: c 2 = 4200 J/ (kg * ºС).

Njihove mase so podane v gramih. Pretvoriti jih morate v kilograme. Mase teh snovi bodo označene na naslednji način: m 1 = 0,1 kg, m 2 = 0,05 kg.

Podana je začetna temperatura: t 1 = 0 ºС. O končni vrednosti je znano, da ustreza točki, ko voda zavre. To je t 2 = 100 ºС.

Ker se steklo segreje skupaj z vodo, bo potrebna količina toplote vsota dveh. Prvi, ki je potreben za ogrevanje stekla (Q 1), in drugi, ki se uporablja za ogrevanje vode (Q 2). Če jih želite izraziti, boste potrebovali drugo formulo. Dvakrat ga je treba zapisati z različnimi indeksi in jih nato sešteti.

Izkazalo se je, da je Q = c 1 * m 1 * (t 2 - t 1) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1). Skupni faktor (t 2 - t 1) lahko za lažji izračun vzamemo iz oklepaja. Potem bo formula, ki bo potrebna za izračun količine toplote, imela naslednjo obliko: Q = (c 1 * m 1 + c 2 * m 2) * (t 2 - t 1). Sedaj lahko nadomestite znane količine v nalogi in izračunate rezultat.

Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (J).

Odgovori. Q = 29400 J = 29,4 kJ.

/(kg K) itd.

Specifično toplotno kapaciteto običajno označujemo s črkami c oz Z, pogosto z indeksi.

Na specifično toplotno kapaciteto vplivajo temperatura snovi in ​​drugi termodinamični parametri. Na primer, merjenje specifične toplotne kapacitete vode bo dalo različne rezultate pri 20 °C in 60 °C. Poleg tega je specifična toplotna kapaciteta odvisna od tega, kako se lahko spreminjajo termodinamični parametri snovi (tlak, prostornina itd.); na primer specifična toplotna kapaciteta pri konstantnem tlaku ( C P) in pri konstantni glasnosti ( C V), na splošno so različni.

Formula za izračun specifične toplotne kapacitete:

$c=\backslash frac(Q)(m\backslash Delta\; T),$ kje c- specifična toplotna kapaciteta, Q- količino toplote, ki jo snov prejme pri segrevanju (ali sprosti pri ohlajanju), m- masa segrete (ohlajene) snovi, Δ T- razlika med končno in začetno temperaturo snovi.

Specifična toplotna kapaciteta je lahko odvisna (in načeloma, strogo gledano, vedno, bolj ali manj močno, odvisna) od temperature, zato je pravilnejša naslednja formula z majhnimi (formalno neskončno majhnimi) vrednostmi: $\backslash delta\; T$ in $\backslash delta\; Q$:

$c(T)\; =\; \backslash frac\; 1\; (m)\; \backslash levo(\backslash frac(\backslash delta\; Q)(\backslash delta\; T)\backslash desno).$

Specifične toplotne vrednosti za nekatere snovi

(Za pline je navedena specifična toplotna kapaciteta v izobaričnem procesu (C p))

Glej tudi

Napišite oceno o članku "Specifična toplotna kapaciteta"

Opombe

Literatura

• Tabele fizikalnih veličin. Priročnik, ur. I. K. Kikoina, M., 1976.
• Sivukhin D.V. Splošni tečaj fizike. - T. II. Termodinamika in molekularna fizika.
• E. M. Lifshits // pod. izd. A. M. Prohorova Fizična enciklopedija. - M.: "Sovjetska enciklopedija", 1998. - T. 2.<

Izvleček, ki označuje specifično toplotno kapaciteto

Naslednji dan je grofica povabila Borisa k sebi, se z njim pogovarjala in od tega dne je prenehal obiskovati Rostove.

31. decembra, na silvestrovo 1810, le reveillon [nočna večerja], je bil ples v hiši Katarininega plemiča. Na plesu naj bi bil diplomatski zbor in suveren.
Na Promenade des Anglais je znamenita hiša nekega plemiča žarela v neštetih lučkah. Na osvetljenem vhodu z rdečo tkanino je stala policija, pa ne samo žandarji, ampak policijski načelnik na vhodu in na desetine policistov. Vozovi so odpeljali in pripeljali so se novi z rdečimi lakaji in lakaji s pernatimi klobuki. Iz vagonov so prihajali možje v uniformah, zvezdah in trakovih; dame v satenu in hermelinu so previdno stopale po hrupno položenih stopnicah ter naglo in tiho hodile po tkanini vhoda.
Skoraj vsakič, ko je prispela nova kočija, je v množici zašumelo in snemali klobuke.
»Suveren? ... Ne, minister ... princ ... odposlanec ... Ali ne vidite perja? ...« se je oglasilo iz množice. Eden iz množice, bolje oblečen kot drugi, se je zdelo, da pozna vse in je po imenu poklical najplemenitejše plemiče tistega časa.
Na ta ples je prispela že tretjina gostov, Rostovovi, ki naj bi bili na tem plesu, pa so se še vedno naglo pripravljali na obleko.
V družini Rostovih je bilo veliko govora in priprav na ta ples, veliko strahu, da vabila ne bodo prejeli, obleka ne bo pripravljena in se ne bo vse izšlo tako, kot je treba.
Skupaj z Rostovimi je šla na ples Marja Ignatievna Peronskaja, prijateljica in sorodnica grofice, suha in rumena služkinja starega dvora, ki je vodila provincialne Rostove v najvišji peterburški družbi.
Ob 10. uri zvečer naj bi Rostovi pobrali deklico v vrtu Tauride; pa vendar je bilo že pet minut do desetih in mlade dame še niso bile oblečene.
Natasha je šla na prvo veliko žogo v svojem življenju. Tisti dan je vstala ob 8. uri zjutraj in bila cel dan v vročinski zaskrbljenosti in aktivnosti. Vsa njena moč, od samega jutra, je bila usmerjena v to, da so bili vsi: ona, mati, Sonya oblečeni na najboljši možni način. Sonya in grofica sta ji popolnoma zaupali. Grofica naj bi nosila žametno obleko masaka, obe sta imeli oblečeni beli dimljeni obleki na roza, svilene prevleke z vrtnicami v stezniku. Lase so morali počesati a la grecque [v grščini].
Vse bistveno je bilo že narejeno: noge, roke, vrat, ušesa so bili že posebej skrbno, kot v plesni dvorani, oprani, nadišavljeni in napudrani; nosile so že svilene, mrežaste nogavice in bele satenaste čevlje s pentljami; frizure so bile skoraj končane. Sonya se je končala z oblačenjem in tudi grofica; a Nataša, ki je delala za vse, je zaostala. Še vedno je sedela pred ogledalom s peignoirjem, prevlečenim čez vitka ramena. Sonya, že oblečena, je stala sredi sobe in z bolečim pritiskom z malim prstom pripela zadnji trak, ki je cvilil pod zatičem.

V današnji lekciji bomo predstavili takšen fizikalni koncept, kot je specifična toplotna kapaciteta snovi. Izvemo, da je odvisna od kemijskih lastnosti snovi, njena vrednost, ki jo najdemo v tabelah, pa je pri različnih snoveh različna. Nato bomo izvedeli merske enote in formulo za iskanje specifične toplotne kapacitete ter se naučili analizirati toplotne lastnosti snovi glede na vrednost njihove specifične toplotne kapacitete.

Kalorimeter(iz lat. calor– toplino in metor- merilo) - naprava za merjenje količine toplote, ki se sprosti ali absorbira v katerem koli fizikalnem, kemičnem ali biološkem procesu. Izraz "kalorimeter" sta predlagala A. Lavoisier in P. Laplace.

Kalorimeter je sestavljen iz pokrova, notranjega in zunanjega stekla. Pri zasnovi kalorimetra je zelo pomembno, da je med manjšo in večjo posodo zračna plast, ki zaradi nizke toplotne prevodnosti zagotavlja slab prenos toplote med vsebino in zunanjim okoljem. Ta zasnova vam omogoča, da kalorimeter obravnavate kot nekakšen termos in se praktično znebite vpliva zunanjega okolja na procese izmenjave toplote znotraj kalorimetra.

Kalorimeter je namenjen natančnejšim meritvam specifičnih toplotnih kapacitet in drugih toplotnih parametrov teles od navedenih v tabeli.

Komentiraj. Pomembno je omeniti, da koncepta, kot je količina toplote, ki jo zelo pogosto uporabljamo, ne smemo zamenjevati z notranjo energijo telesa. Količina toplote je določena ravno s spremembo notranje energije in ne z njeno specifično vrednostjo.

Upoštevajte, da je specifična toplotna kapaciteta različnih snovi različna, kar je razvidno iz tabele (slika 3). Na primer, zlato ima specifično toplotno kapaciteto. Kot smo že omenili, fizikalni pomen te vrednosti specifične toplotne kapacitete pomeni, da je za segrevanje 1 kg zlata za 1 °C potrebno dovajati 130 J toplote (slika 5).

riž. 5. Specifična toplotna kapaciteta zlata

V naslednji lekciji bomo obravnavali izračun vrednosti količine toplote.

Seznamliterature

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosyne.
2. Periškin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Razsvetljenje.

1. Internetni portal “vactekh-holod.ru” ()

domača naloga

Specifična toplota

Toplotno kapaciteto telesa označujemo z veliko latinično črko Z.

Od česa je odvisna toplotna kapaciteta telesa? Najprej od njegove mase. Jasno je, da bo segrevanje na primer 1 kilograma vode zahtevalo več toplote kot segrevanje 200 gramov.

Kaj pa vrsta snovi? Naredimo poskus. Vzemimo dve enaki posodi in tako, da v eno od njih nalijemo vodo, ki tehta 400 g, v drugo pa rastlinsko olje, ki tehta 400 g, ju začnemo segrevati z enakimi gorilniki. Z opazovanjem odčitkov termometra bomo videli, da se olje hitreje segreje. Da se voda in olje segrejeta na enako temperaturo, je treba vodo segrevati dlje. A dlje ko segrevamo vodo, več toplote prejme od gorilnika.

Tako so za segrevanje iste mase različnih snovi na isto temperaturo potrebne različne količine toplote. Količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa, in s tem njegova toplotna kapaciteta sta odvisni od vrste snovi, iz katere je telo sestavljeno.

Tako je na primer za povečanje temperature vode, ki tehta 1 kg, za 1 °C potrebna količina toplote, ki je enaka 4200 J, in za segrevanje enake mase sončničnega olja za 1 °C, količina toplote, ki je enaka Zahteva se 1700 J.

Fizikalna količina, ki kaže, koliko toplote je potrebno za segrevanje 1 kg snovi za 1 °C, se imenuje specifična toplotna kapaciteta te snovi.

Vsaka snov ima svojo specifično toplotno kapaciteto, ki jo označujemo z latinsko črko c in merimo v joulih na kilogram stopinje (J/(kg K)).

Specifična toplotna kapaciteta iste snovi v različnih agregatnih stanjih (trdno, tekoče in plinasto) je različna. Na primer, specifična toplotna kapaciteta vode je 4200 J/(kg K) in specifično toplotno kapaciteto ledu J/(kg K) ; aluminij v trdnem stanju ima specifično toplotno kapaciteto 920 J/(kg K) in v tekočini - J/(kg K).

Upoštevajte, da ima voda zelo visoko specifično toplotno kapaciteto. Zato voda v morjih in oceanih, ko se poleti segreje, sprejme veliko količino toplote iz zraka. Zahvaljujoč temu v tistih krajih, ki se nahajajo v bližini velikih vodnih teles, poletje ni tako vroče kot v krajih, ki so daleč od vode.

Specifična toplotna kapaciteta trdnih snovi

Tabela prikazuje povprečne vrednosti specifične toplotne kapacitete snovi v temperaturnem območju od 0 do 10 ° C (če ni navedena druga temperatura)

Specifična toplotna kapaciteta tekočin

Specifična toplotna kapaciteta kovin in zlitin

Specifična toplotna kapaciteta staljenih kovin in utekočinjenih zlitin

Specifična toplotna kapaciteta plinov in hlapov

pri normalnem atmosferskem tlaku

Količino toplote, pri kateri se telesna temperatura dvigne za eno stopinjo, imenujemo toplotna kapaciteta. Po tej definiciji.

Toplotna zmogljivost na enoto mase se imenuje specifična toplotna kapaciteta. Toplotna kapaciteta na mol se imenuje molar toplotna kapaciteta.

Toplotno kapaciteto torej določamo s konceptom količine toplote. A slednje je tako kot delo odvisno od procesa. To pomeni, da je toplotna kapaciteta odvisna tudi od procesa. Možno je prenesti toploto - ogreti telo - pod različnimi pogoji. Vendar pa bo pod različnimi pogoji enako povišanje telesne temperature zahtevalo različne količine toplote. Posledično telesa ni mogoče označiti z eno toplotno kapaciteto, temveč z neštetimi številkami (kolikor si lahko zamislite vseh vrst procesov, v katerih pride do prenosa toplote). Vendar pa v praksi običajno uporabljajo definicijo dveh toplotnih kapacitet: toplotne kapacitete pri konstantnem volumnu in toplotne kapacitete pri konstantnem tlaku.

Toplotna kapaciteta se spreminja glede na pogoje, pod katerimi se telo segreva – pri konstantnem volumnu ali pri konstantnem tlaku.

Če pride do segrevanja telesa pri konstantnem volumnu, tj. dV= 0, potem je delo nič. V tem primeru gre toplota, ki se prenese na telo, samo za spremembo njegove notranje energije, dQ= dE, in v tem primeru je toplotna kapaciteta enaka spremembi notranje energije, ko se temperatura spremeni za 1 K, tj.

.Zaradi plina
, To
.Ta formula določa toplotno kapaciteto 1 mola idealnega plina, imenovanega mol. Ko se plin segreje pri stalnem tlaku, se njegova prostornina spreminja; toplota, ki jo prenašamo na telo, ne gre samo za povečanje njegove notranje energije, ampak tudi za opravljanje dela, tj. dQ= dE+ PdV. Toplotna zmogljivost pri konstantnem tlaku
.

Za idealen plin PV= RT in zato PdV= RdT.

Ob upoštevanju tega ugotovimo
.Odnos
je količina, značilna za vsak plin in določena s številom prostostnih stopenj molekul plina. Merjenje toplotne kapacitete telesa je torej način neposrednega merjenja mikroskopskih značilnosti njegovih sestavnih molekul.

F
Formule za toplotno kapaciteto idealnega plina približno pravilno opisujejo poskus, predvsem za enoatomske pline. V skladu z zgoraj dobljenimi formulami toplotna zmogljivost ne sme biti odvisna od temperature. Pravzaprav je opazovana slika, prikazana na sl., eksperimentalno pridobljena za dvoatomni vodikov plin. V odseku 1 se plin obnaša kot sistem delcev, ki imajo samo translacijske prostostne stopnje; v odseku 2 se vzbuja gibanje, povezano z rotacijskimi stopnjami svobode; in končno, v odseku 3 se pojavita dve vibracijski stopnji svobode. Koraki na krivulji se dobro ujemajo s formulo (2.35), vendar med njimi toplotna kapaciteta narašča s temperaturo, kar ustreza neceloštevilnemu spremenljivemu številu prostostnih stopinj. To obnašanje toplotne kapacitete kaže na nezadostnost ideje o idealnem plinu, ki jo uporabljamo za opis resničnih lastnosti snovi.

Razmerje med molsko in specifično toplotno kapacitetoZ=M s, kjer je s - specifična toplota, M - molska masa.Mayerjeva formula.

Za vsak idealen plin velja Mayerjeva relacija:

, kjer je R univerzalna plinska konstanta, molska toplotna kapaciteta pri konstantnem tlaku, molska toplotna kapaciteta pri konstantnem volumnu.

domov » vesel praznik » Kakšna je specifična toplotna kapaciteta snovi. Količina toplote